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Laboratoire de Chimie Physique - ELYSE ELYSE : 3 opérations de recherche - Photolyse et radiolyse en milieu condensé, Mehran MOSTAFAVI - Arc en Ciel,

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2 Laboratoire de Chimie Physique - ELYSE

3 ELYSE : 3 opérations de recherche - Photolyse et radiolyse en milieu condensé, Mehran MOSTAFAVI - Arc en Ciel, Christophe JOUVET - LOLITA, Fabienne MEROLA

4 Lasers of ELYSE

5 Y:VO nm, 4,50 W Oscillateur Ti:Sa 790 nm 78,9 MHz, 4 nJ, 90 fs Etireur 250 ps Amplificateur Régénératif 1 kHz, 1,2 mJ Compresseur 1 Photolyse 110 fs Compresseur 2 Radiolyse Nd:YLF 527 nm 8,6 W, 1 kHz Photolyse femtoseconde Arc en ciel Radiolyse 790 nm, 110 fs, 1 mJ, 950 Hz 790 nm, 110 fs, 1 mJ, 50 Hz

6 Photolyse femtoseconde en solution Expérience de type « pompe-sonde » dabsorption transitoire Mehran MOSTAFAVI, Isabelle LAMPRE Premier montage réalisé avec le laser dElyse Début du montage : 2000 Première expérience : 2001

7 Principe de lexpérience Impulsion « pompe » Impulsion « sonde » Echantillon L t= L/c LS MM MM M Détection M: miroir ; LS : lame séparatrice I 0 s (,t) I 0 ref (,t) I 1 s (,t) I 0 ref (,t) I 1 s (,t) I 0 ref (,t<0) I 1 s (,t<0) A(,t) = log - log LS M M

8 Montage expérimental

9 Phénomènes photoinduits étudiés E (eV) continuum e - sol Émission stimulée Molécule M (soluté ou solvant) 4,7 eV Excitation Ionisation S0S0 S1S1 S2S2 SnSn M + + e - Excitation 3,1 eV Absorption S 1 S n

10 Transient absorption measurement by CCD camera

11 Thèmes de recherche Dynamique de solvatation de la Coumarine 153 dans des mélanges de solvants Collaboration : W. Jarzeba, Krakow, Pologne Dynamique de solvatation et réactivité de lélectron généré par photo-ionisation du solvant Collaboration : S. Pommeret, CEA/Saclay, Y. Katsumura, Tokyo, Japon Coll. intra-LCP, CTh : P. Pernot Solvatation de lélectron en solution aqueuse en présence de sels Coll. intra-LCP, TESMaC, CTh : A. Boutin, I. Demachy-Vacus, P. Archirel Etude des transferts délectrons et dénergie au sein de complexes mixtes organiques-inorganiques Coll. intra-TEMiC : L. Ruhlmann Etude des états excités dhétéropolyanions Coll. intra-TEMiC : L. Nadjo, B. Keita Etude de systèmes pour la limitation optique Coll. intra-TEMiC : H. Remita

12 Publications Preferential solvation of coumarin 153 – the role of hydrogen bonding R. Krolicki, W. Jarzeba, I. Lampre, M. Mostafavi, J. Phys. Chem. A 106, 1708 (2002) Hydrogen Bonded Complexes of Coumarin 153 R. Krolicki, W. Jarzeba, B. Soroushian, I. Lampre, M. Mostafavi, Bull. Pol. Acad. Sci., Chem. 50, 435 (2002) Solvation dynamics of electron in ethylene glycol at 300 K B. Soroushian, I. Lampre, S. Pommeret, M. Mostafavi in Femtochemistry and Femtobiology: Ultrafast Events in Molecular Science, M. M. Martin and J. T. Hynes eds. (Elsevier), 2004, p. 241 Formation and geminate recombination of solvated electron formation upon two-photon ionisation of ethylene glycol B. Soroushian, I. Lampre, P. Pernot, V. De Waele, S. Pommeret, M. Mostafavi, Chem. Phys. Lett. 394, 313 (2004) First observation of electron paired with divalent and trivalent non-reactive metal cations in water J. Bonin, I. Lampre, B. Soroushian, M. Mostafavi, J. Phys. Chem. A 108, 6817 (2004) Absorption spectrum of the hydrated electron paired with nonreactive metal cations J. Bonin, I. Lampre, M. Mostafavi, Radiat. Phys. Chem. 74, 288 (2005) Solvation dynamics of electron produced by two-photon ionisation of liquids polyols. I. Ethylene glycol B. Soroushian, I. Lampre, J. Bonin, P. Pernot, S. Pommeret, M. Mostafavi, J. Phys. Chem. A 110, 1705 (2006)

13 Y:VO nm, 4,50 W Oscillateur Ti:Sa 790 nm 78,9 MHz, 4 nJ, 90 fs Etireur 250 ps Amplificateur Régénératif 1 kHz, 1,2 mJ Compresseur 1 Photolyse 110 fs Compresseur 2 Radiolyse Nd:YLF 527 nm 8,6 W, 1 kHz Photolyse femtoseconde Arc en ciel Radiolyse 790 nm, 110 fs, 1 mJ, 950 Hz 790 nm, 110 fs, 1 mJ, 50 Hz

14 But: proposer une méthode de fragmentation des peptides induisant des fragmentations différentes et sélectives très semblable aux molécules neutres: même état électronique fondamental (singulet) la première transition optique est du type (UV ~ 4.5 eV) combiner laser et spectrométrie de masse: photon : contrôle de lénergie en excès (voie dentrée) SM : détection des fragments révèle des processus non radiatif (voie de sortie) Particule isolée: propriété intrinsèque sans effet du solvant chargée: facile à détecter par spectrométrie de masse complémentaire / expériences de collisions (CID) / expériences de fluorescence (radiatif) Photofragmentation Pourquoi étudier des molécules protonées isolées?

15 Electrospray pulsé, laser et SM Pulsed HV Extraction TOF 2 tof 2 =0 Lens TOF 1 tof 1 =0 exit lens hexapole bias 2 torr130 mtorr torr 1 atm Exit Lens ElectrosprayCapillaryHexapole Ion guide/trap 266 nm pump 800 nm probe

16 Mass mass Photofragmentation de tryptamine 266 nm 132 & 144 Fragment type Conversion interne Perte NH 3 Perte H 160, 130 & 131 radical cation Diminution induite par absorption UV

17 croisement / S 0 : rapport de branchement perte H/ conversion interne 50%-50% daprès le spectre de masse couplage : durée de vie Transfert délectron du cycle aromatique vers le NH 3 + état dissociatif suivant la coordonnée NH du groupement amino protoné Processus non radiatif dans TrypH + Perte H Recombinaison atome H IC * * S0S0 RI CC2 Turbomole N : aug-cc-pVDZ C,H: SV (P)

18 durée de vie ? : expérience fs pompe/sonde chaque fragment est analysé en fonction du délai pompe/sonde Fragments perte H : = 250 fs et plateau m/z= 160 m/z= 131 m/z= delay 266/800nm (fs) diminution gain Tryp….H + Tryp + …H 161 TrypH Tryp + Effet du 800nm : apport dénergie + énergie => + fragments S tot > 0 pour fragments secondaires S tot < 0 pour fragment primaire mass Signal ion h 800nm + S tot =

19 Collaborations internationales Séoul (programme STAR) –Institut Pasteur Dr. Regis Grailhe Bayreuth (programme Marie Curie) –Univ. of Bayreuth, Dept Structural Biology/Bioinformatics Prof. M. Ullmann, Dr. E. Bombarda Moscou (programme ARCUS) –Institut Lebedev Dr. T. Syreschikova –Institut de Physico-Chimie Médicale Prof. G. Dobretsov, Dr. S. Gularian

20 Publications ARC EN CIEL. H. Kang, C. Jouvet, C. Dedonder-Lardeux, S. Martrenchard, G. Grégoire, C. Desfrançois, J-P. Schermann, M. Barat and J.A. Fayeton Phys. Chem. Chem. Phys. 6 (2004) C. Jouvet, H. Kang, C. Dedonder-Lardeux, S. Martrenchard, C. Charrière, G. Grégoire, C. Desfrançois, J-P. Schermann, M. Barat and J.A. Fayeton J. Chem. Phys. 122 (2005) H. Kang, C. Jouvet, C. Dedonder-Lardeux, S. Martrenchard, G. Grégoire, C. Desfrançois, J-P. Schermann, M. Barat and J.A. Fayeton. Phys. Chem. Chem. Phys. 7 (2005) 394 H. Kang, C. Dedonder-Lardeux, C. Jouvet, G. Grégoire, C. Desfrançois, J.-P. Schermann, M. Barat, and J. A. Fayeton. J. Phys. Chem. A, 109 (2005) H. Kang, C. Dedonder-Lardeux, C. Jouvet, C. Desfrançois, D. Onidas, V. Lepere and J.A. Fayeton Phys. Chem. Chem. Phys., 2006, 8, Norihiro Tsuji, Shun-ichi Ishiuchi, Makoto Sakai, Masaaki Fujii, Takayuki Ebata, Christophe Jouvet and Claude Dedonder-Lardeux. Phys. Chem. Chem. Phys., 2006, 8,

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22 Research Team : M. Mostafavi, J.L. Marignier, V. De Waele, I. Lampre, H. Remita, S. Sorgues, J. Belloni Engineer staff : H. Monard, J.P. Larbre, F. Gobert, A. Demarque, M. Lourseau Picosecond radiolysis and femtosecond photolysis

23 Installations de radiolyse picoseconde dans le monde Projet Existant

24 Quelques Dates er Comité de pilotage, choix: accélérateur photo-déclenché, achat du laser choix du pour réalisation de l accélérateur – installation laser choix de l entreprise ETPI pour la réalisation du bâtiment début des travaux de construction du 349 – création du 2001 : réception du bâtiment, déménagement accélérateur et laser au : premier faisceau – 9 MeV 2003 : obtention 5 ps – 2 nC 2004 : installation des systèmes de détections 2005 : première mesures et accès à laccélérateur

25 LASER Electron Accelerator Photolysis Radiolysis 1000 impulsions / second 50 impulsions / second electrons photons 795 nm ultraviolet 950 impulsions / second 50 impulsions / second T Pc c Laser triggered electron accelerator

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27 Laser diode Laser Spectrograph Streak Camera 3

28 Accelerator Pulse length 7 ps Charge 1 nC Energy 4 to 9 MeV Repetition Rate 50 Hz Energie Dispersion 2,5 % Spot Diameter 2 à 20 mm Accelerator build and installed (SERA)

29 Pulse characteristics

30 Pulse-Probe Detection System

31 Pulse-probe measurements

32 Picosecond absorption spectroscopy with a streak-camera High dynamics range streak-camera C7700, Hamamlatsu

33 RH + es-es- Dynamique de la recombinaison géminée R Onsager = 50 Å

34 Figure 4.

35 Distance dependent reaction

36 Réactions dans les grappes à hautes températures

37 Belloni, J., Monard, H., Gobert, F., Larbre, J.P., Demarque, A., De Waele, V., Lampre, I., Marignier, J.L., Mostafavi, M., Bourdon, J.C., Bernard, M., Borie, H., Garvey, T., Jacquemard, B., Leblond, B., Lepercq, P., Omeich, M., Roch, M., Rodier, J. & Roux, R. (2005) ELYSE-A picosecond electron accelerator for pulse radiolysis research. Nuclear Instruments & Methods in Physics Research, Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors, and Associated Equipment, 539 (3), Lampre, I., Lin, M., He, H., Han, Z., Mostafavi, M. & Katsumura, Y. (2005) Temperature dependence of the solvated electron absorption spectra in propanediols. Chemical Physics Letters, 402 (1-3), Boutin A., Spezia R., Coudert F.-X. & Mostafavi M. Molecular dynamics simulations of the temperature and density dependence of the absorption spectra of hydrated electron and solvated silver atom in water, Chem. Phys. Let., 409 (4-6), , Lampre I., Lin M., He H., Han Z., Mostafavi M. & Katsumura Y. Temperature dependence of the solvated electron absorption spectra in propanediols, Chem. Phys. Let., 402 (1-3), , Vincent De Waele, Dr; Sébastien Sorgues, Dr; pascal pernot, Dr; Jean-Louis Marignier, Dr; Hugues Monard, Dr; Jean-Philippe Larbre; Mehran Mostafavi Geminate recombination measurements of solvated electron in THF using laser-synchronised picosecond electron pulse. Chem. Phys. Lett. 2006, sous presse. Gerard Baldacchino; Vincent De Waele; Hugues Monard; Sébastien Sorgues; Fabrice Gobert; Jean-Philippe Larbre; George Vigneron; Jean-Louis Marignier; Stanislas Pommeret; Mehran Mostafavi Hydrated electron decay measurements with picosecond pulse radiolysis at elevated temperatures up to 350 °C Chem. Phys. Lett. 2006, sous presse. Jean-Louis Marignier, Vincent Dewaele, Sebastien Sorgues, Fabrice Gobert; Jean-Philippe Larbre;; Mehran Mostafavi, Jacqueline Belloni. Time resolved spectroscopy at the picosecond laser-triggered electron accelerator ELYSE, Radiat. Phys. Chem. 2006, Sous presse.

38 Collaborations LuLi (Malka), Calibration des détecteurs LOA (Marquez), Effet électro-optique CEA (Pommeret), radiolyse à haute température Bologne/Italie, (dimère de cystéine) PSI de Polytechnique (C. Corbel), Interface Projet Européen : Eurofel, Constitution du PulsRadLab

39 L'expérience LOLITA Imagerie et dynamique des interactions moléculaires en cellule vivante Micro-spectroscopie de fluorescence à haute résolution temporelle Imagerie de fluorescence résolue en temps (FLIM) sous microscope confocal

40 Composition de l'équipe Fabienne Mérola DR2 CNRS Hélène Laguitton-Pasquier, MCU PXI Marie Erard, MCU PXI Xavier Decrouy, Post Doc Nikon

41 Laser: Nd-YVO4 pompé par diodes532 nm10 WCW laser Ti:Saph femtoseconde 700 nm nm2 76 MHz extracteur de pulses (TiO2) fréquence variable de 4 MHz à 10 kHz SHG (LBO) 350 nm- 490 nm5 3.8 MHz THG (BBO)234 nm- 325 nm1 3.8 MHz Déclins de fluorescence: comptage de photons (TCSPC) détecteur MCP-PMT passeur thermostaté (50 L ech.) analyse spectrale et polarisation Traitement des données: moindres carrés maximum d'entropie (Maxent Ltd) analyse globale (P.Pernot) LOLITA Luminescence Observation by Laser Induced Transient Analysis Cofinancements : ACI CNRS, Fondation pour la Recherche Médicale, BQR Paris XI, Elyse

42 LSC Microscope : NIKON TE2000 inversé Balayage confocal C1 Micro-spectroscopie résolue en temps: Connection fibrée au système TCSPC FLIM : Portes temporelles programmables (système LIMO ® ) En cours d'implantation : Caméra haute dynamique Excitation biphotonique FLIM par TCSPC (Carte PicoQuant) Infrastructures de microbiologie (PSM, incubateur) LOLITA Microspectroscopie et imagerie de durée de vie de fluorescence (FLIM) 1234 Gate Lifetime (ns) Partenariats : Nikon France et Nikon Europe Cofinancements : ACI sur la NADPH oxydase (LCP, U442 INSERM), POLA, Elyse Collaboration technique : Institut Curie Orsay

43 Approches spectroscopiques des interactions en milieu cellulaire Photophysique des sondes fluorescentes pour l'imagerie cellulaire –sondes dérivées de la GFP : la Cyan Fluorescent Protein Interactions cellulaires des sondes fluorescentes –transfert d'énergie de Förster (FRET) –physico-chimie du milieu cellulaire Mécanismes moléculaires de la signalisation cellulaire –NADPH oxydase (coll. U442 INSERM, Orsay) –récepteurs couplés aux protéines G (GPCR) –facteurs de transcription

44 Quelques résultats marquants Photophysique complexe de la Cyan Fluorescent Protein Laguitton-Pasquier et al, en préparation Interactions des sous-unités d'un canal potassique cardiaque (Kv1.5) Erard et al, en préparation

45 Collaborations nationales Orsay –U442 INSERM Oliver Nüsse, Laurent Combettes, Jean-Pierre Mauger –Institut Curie (Plateforme d'Imagerie) Fabrice Cordelières –IGM Orsay Michel Jacquet Paris –Institut Pasteur Paris Regis Grailhe, Jean-Pierre Changeux –U621 INSERM (Pitié-Salpétrière) Nathalie Neyroud, Stéphane Hatem –UFR Médicale des Saints Pères (IFR 95) D. Segretain INRA, Jouy en Josas) –Institut NOPA Edith Pajot, Guenhael Sanz Projets –CHU Kremlin Bicêtre (IFR 93) Anne Mantel, Marc Lombes Micheline Misrahi, Olivier Lahuna –CHU Paul Brousse (IFR 89) Claude Boucheix

46 Publications Grailhe R., Merola F., Ridard J., Couvignou S., Le Poupon C., Changeux J.P. & Laguitton-Pasquier H. (2006) "Monitoring protein interactions in the living cell through the fluorescence decays of the Cyan Fluorescent Protein", ChemPhysChem accepté, Demachy I., Ridard J., Laguitton-Pasquier H., Durnerin E., Valverdu G., Archirel P. & Levy B. (2005) "Cyan Fluorescent Protein : molecular dynamics, simulations, and electronic absorption spectrum", J Phys Chem B 109, Amatore C., Arbault S., Bonifas I., Bouret Y., Erard M., Ewing A.G. & L.A. S. (2005) "Correlation between vesicle quantal size and fusion pore release in chromaffin cell exocytosis", Biophysical Journal 88,

47 Centre ELYSE CLIO Accord CNRS/Ministère TGE/TGI Direction LCP et deux bureaux de gestion

48 Deux installations dans des phases dexploitation très différentes, Synergies scientifiques aussi bien entre les chercheurs et enseignants-chercheurs permanents de CLIO et dELYSE quentre communautés dutilisateurs : rapprochements thématiques (électrochimie, physico-chimie de biomolécules, spectroscopies…), apport de nouvelles techniques aux recherches menées à ELYSE, etc. Lobjectif de ce centre est de souvrir sur la communauté internationale en particulier au niveau européen. Centre ELYSE CLIO

49 Personnel en 2006, 12 chercheurs CNRS 6 universitaires 12 ITA CNRS 2 personnels IATOS. Gestion mutualisée des services communs, 6,5 emplois équivalents temps plein (dont 6 CNRS). Centre ELYSE CLIO

50 un comité de pilotage composé de 4 membres : 2 CNRS et 2 Ministère dont 1 Université Paris-sud 11. un comité scientifique indépendant, composé pour moitié de représentants étrangers. un comité de programme commun CLIO- ELYSE. CLIO est doté dun comité. Il sera élargi pour être commun au centre ELYSE/CLIO. Centre ELYSE CLIO


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